非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法
【課題】表面に特徴のない物体についても高速な計測を可能にする非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法を提供する。
【解決手段】被計測物１を撮影する第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂと、被計測物１にラインレーザ１２を照射するラインレーザ４と、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂの、互いの位置関係に関する外部標定を行う標定部６と、ラインレーザ１２が照射された被計測物１を第１のカメラ２ａで撮影した第１の画像と、第２のカメラ２ｂで撮影した第２の画像とを画像処理する画像処理部８と、を備え、画像処理部８は、第１の画像上のラインレーザ１２が照射された第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択し、第２の画像上において、ラインレーザ１２が照射された第２線分データとエピポーラ線との交点を、第１の画像上で選択した特徴点と対応する対応点として決定し、被計測物１上の該当点の三次元座標を算出する。
【解決手段】被計測物１を撮影する第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂと、被計測物１にラインレーザ１２を照射するラインレーザ４と、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂの、互いの位置関係に関する外部標定を行う標定部６と、ラインレーザ１２が照射された被計測物１を第１のカメラ２ａで撮影した第１の画像と、第２のカメラ２ｂで撮影した第２の画像とを画像処理する画像処理部８と、を備え、画像処理部８は、第１の画像上のラインレーザ１２が照射された第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択し、第２の画像上において、ラインレーザ１２が照射された第２線分データとエピポーラ線との交点を、第１の画像上で選択した特徴点と対応する対応点として決定し、被計測物１上の該当点の三次元座標を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測物の形状を非接触で計測する非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被計測物を計測する三次元計測の方法には、パッシブ法（受動型計測法）とアクティブ法（能動型計測法）とがある。パッシブ法としては、対象となる物体に対して、計測の補助となる特定の光や電波等を照射することなく計測を行う方法である。パッシブ法には、例えば写真計測法がある。アクティブ法は、三次元計測を行うために光、電波、音波などを対象となる物体に照射して、得られる情報を利用して計測を行う方法である。アクティブ法には、例えば光切断法がある。
【０００３】
パッシブ法の一つである写真計測は、撮影された２枚以上の画像より外部標定（２台のカメラの位置関係を求めること）を行い、画像間の特徴点に対し、同一場所を対応付けることで三次元点を求めていた（例えば、特許文献１参照。）。このため、写真に写るサイズであれば、被計測物の大きさは自由であり、大きな物から、小さな物まで計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９２４５７６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】徐剛著，「写真から作る３次元ＣＧ」，近代科学社，２００１年１月 Ｐ．３１〜Ｐ．８６
【非特許文献２】吉澤徹編，「光三次元計測」，新技術コミュニケーションズ，１９９３年３月 Ｐ．２８〜Ｐ．３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
写真測量において、２台のカメラでそれぞれ撮影された２枚の写真内の対応付けは、２枚の写真内に共通して写っており、同一箇所と認定できる特徴点を利用して行われる。そのため、被計測物の表面上に同一箇所と認定できる何らかの特徴点がなければ、２枚の写真内の対応付けは困難であった。たとえば、プラスチック成型品の表面は滑らかで特徴がないため、写真測量による特徴点の対応付けを利用する三次元計測はできなかった。
【０００７】
上述のように、パッシブ法である写真計測では、滑らかな表面等の何ら特徴のない形状は計測することは困難であった。また、アクティブ法である光切断法は、被計測物のサイズが装置によって限定されてしまうという欠点を持っている
【０００８】
本発明の目的は、表面に何ら特徴のない物体についても高速に非接触で三次元形状計測を可能にする非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る非接触三次元計測装置は、互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラと、
前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザと、
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラについて、互いの距離を計測するための外部標定を行う標定部と、
前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラで撮影した第１の画像と、前記第２のカメラで撮影した第２の画像とを画像処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記第１の画像上の前記ラインレーザが照射された第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択し、
前記第１の画像上で選択した前記特徴点に対応するエピポーラ線を前記第２の画像上に表示して、
前記第２の画像上において、前記ラインレーザが照射された第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定し、
前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する。
【００１０】
また、前記ラインレーザは、前記被計測物の全体にわたってラインレーザを走査できるものであってもよい。
【００１１】
さらに、前記ラインレーザは、照射方向の所定の軸について回転してラインレーザを前記被照射できるものであってもよい。
【００１２】
本発明に係る非接触三次元計測方法は、
（ａ）互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラについて、互いの距離を計測するための外部標定を行う外部標定ステップと、
（ｂ）前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザ照射ステップと、
（ｃ）前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラ及び前記第２のカメラでそれぞれ撮影して、前記第１のカメラによる第１の画像と、前記第２のカメラによる第２の画像とを得る画像撮影ステップと、
（ｄ）前記第１の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第１線分データとして抽出する第１線分データ抽出ステップと、
（ｅ）前記第２の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第２線分データとして抽出する第２線分データ抽出ステップと、
（ｆ）前記第１の画像から抽出された前記第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択する特徴点選択ステップと、
（ｇ）前記第１のカメラのレンズ中心から前記特徴点を通って延びるエピポーラ線を前記第２の画像上に表示するエピポーラ線表示ステップと、
（ｈ）前記第２の画像から抽出された前記第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定する対応点決定ステップと、
（ｉ）前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する三次元座標算出ステップと、
を含む。
【００１３】
さらに、（ｊ）前記第１画像から抽出された前記第１線分上の点すべてに対して、前記ステップ（ｆ）〜前記ステップ（ｉ）を繰り返して、前記ラインレーザに照射されたライン部分に対して三次元座標を算出する三次元座標算出ステップを含んでもよい。
【００１４】
また、前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを前記被計測物にわたって走査するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返して、前記被計測物の全体を走査してもよい。
【００１５】
さらに、前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを照射方向の所定の軸について回転させて前記被計測物に照射するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを回転させて前記被計測物に照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返してもよい。
【００１６】
またさらに、前記対応点決定ステップ（ｉ）において、前記エピポーラ線と前記第２線分データとの交点が２つ以上存在する場合、前記ラインレーザを前記第１の画像上の前記特徴点に該当する前記被計測物上の該当点への照射方向の軸について回転させて照射して、前記第２の画像上で前記エピポーラ線と前記第２線分データとの単一の交点を前記特徴点と対応する対応点として決定してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法によれば、被計測物にラインレーザを照射することで、被計測物が凹凸を有する形状であってもラインがぼけることがない。
【００１８】
また、この非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法では、ラインレーザが照射された被計測物を２つのカメラで撮影した２枚の画像のうち一方の画像上でラインレーザが照射された部分である第１線分データの一つの点を特徴点として選択している。この場合に、もう一つの画像上でエピポーラ線を表示して、ラインレーザが照射された部分である第２線分データとの交点を上記特徴点と対応する対応点として特定することができる。これまで被計測物上に照射したパターンとの相関関係で対応点を特定していた場合に比べて曖昧さを含むことなく対応点を明確に決めることができ、三次元計測の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】被計測物と２つのカメラとの配置を示す概略図である。
【図３】第１のカメラによって撮影された第１の画像を示す概略図である。
【図４】第２のカメラによって撮影された第２の画像を示す概略図である。
【図５】図３の第１の画像について、第１線分データ中の一つの点を特徴点として選択する場合の概略図である。
【図６】図４の第２の画像において、第１の画像上の特徴点に該当するエピポーラ線が表示された第２の画像を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法の特徴を説明するための概念図である。
【図９】本発明の実施の形態１の変形例に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る非接触三次元計測装置及び計測方法について、添付図面を用いて以下に説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る非接触三次元計測装置１０の構成を示す概略図である。
この非接触三次元計測装置１０は、距離を置いて設置された２台のカメラ２ａ、２ｂと、被計測物１にラインレーザを照射するラインレーザ４と、２台のカメラ２ａ、２ｂの位置関係を含む外部標定を行う標定部６と、ラインレーザが照射された被計測物１を第１のカメラ２ａで撮影した第１の画像２０と、第２のカメラ２ｂで撮影した第２の画像３０とを画像処理する画像処理部８と、を含む。それぞれのカメラ２ａ、２ｂは、レンズ中心や焦点距離、歪補正係数などの内部標定（内部パラメータ）が予め算出されていることが望ましい。さらに、撮影された画像は、内部評定データを利用して歪補正された画像が望ましいが、必須ではない。また、ラインレーザ４は、被計測物１の表面全体にわたって走査できる。また、標定部６は、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う。画像処理部８は、第１の画像２０上のラインレーザが照射された第１線分データ２２の中の一つの点を特徴点２４として選択し、その特徴点２４に該当するエピポーラ線３３を第２の画像３０上に表示して、第２の画像３０上において、ラインレーザが照射された第２線分データ３２とエピポーラ線３３との交点を、第１の画像２０上で選択した特徴点２４と対応する対応点３４として決定し、第１の画像２０における特徴点２４と、第２の画像３０における対応点３４とを用いて、特徴点及び対応点に該当する被計測物１上の該当点１４の三次元座標を算出する。
【００２２】
図８は、実施の形態１に係る非接触三次元計測装置１０の特徴を説明する概念図である。なお、図８は、図２の非接触三次元計測装置１０の構成のうち、写真測量に関係する位置関係を詳細に示したものである。
＜２つのカメラ及び画像について＞
２つのカメラ（第１のカメラ２ａ、第２のカメラ２ｂ）のそれぞれのレンズ中心を点Ａ及び点Ｂとして表している。
第１のカメラ２ａによる第１の画像２０において、被計測物１に照射されたラインレーザの部分である第１線分データ２２と、選択された一つの特徴点２４を示している。第１のカメラ２ａのレンズ中心、焦点距離、歪補正係数等は内部標定によって得られる。
また、第２のカメラによる第２の画像３０において、被計測物１に照射されたラインレーザの部分である第２線分データ３２と、第１線分データから選択された特徴点２４に対応するエピポーラ線３３と、両者の交点である対応点３４と、を示している。第２のカメラ２ｂのレンズ中心、焦点距離、歪補正係数等は内部標定によって得られる。
＜被計測物について＞
また、被計測物１に照射されたラインレーザの部分１２と、特徴点２４及び対応点３４とに該当する被計測物１上の該当点１４を示している。この該当点１４は点Ｃとしても示している。
【００２３】
＜写真測量について＞
ａ）第１のカメラ２ａのレンズ中心Ａと、第２のカメラ２ｂのレンズ中心Ｂとの間の位置関係及び、各カメラの方向は外部標定によって求められる。
ｂ）また、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂのレンズ中心、焦点距離、歪補正係数等は内部標定を利用することによって求められる。
ｃ）次に、被計測物１上の該当点１４の点Ｃは、第１のカメラ２ａのレンズ中心Ａから第１の画像２０上の特徴点２４に向かって延長したライン上に存在すると共に、第２のカメラ２ｂのレンズ中心Ｂから第２の画像３０上の対応点３４に向かって延長したライン上に存在する。そのため、写真測量の原理によって、これらの交点として点Ｃが得られる。
以上によって、被計測物１上の該当点１４（Ｃ）を三次元計測することができる。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測装置１０によれば、被計測物１にラインレーザを照射することで、被計測物１が凹凸を有する形状であってもラインがぼけることがない。このため、対応点の抽出精度が高くなり、必然的に三次元計測点の精度も高まる。
【００２５】
また、この非接触三次元計測装置１０では、ラインレーザが照射された被計測物を２つのカメラ２ａ、２ｂで撮影した２枚の画像のうち一方の画像２０上でラインレーザが照射された部分である第１線分データ２２の一つの点を特徴点２４として選択している。この場合に、もう一つの画像３０上でエピポーラ線３３を表示して、ラインレーザが照射された部分である第２線分データ３２との交点を上記特徴点２４と対応する対応点３４として特定することができる。これまで被計測物１上に照射したパターンとの相関関係で対応点を特定していた場合に比べて曖昧さを含むことなく対応点を明確に決めることができ、三次元計測の精度を向上させることができる。
【００２６】
図７は、本発明の非接触三次元計測方法のフローチャートである。この非接触三次元計測方法は、以下のようにして実行される。
（ａ）被計測物１が写る範囲に、被計測物１を撮影する２台のカメラ（第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂ）を、互いに距離をおいて配置する（図１）。それぞれのカメラ２ａ、２ｂは、レンズ中心、焦点距離、歪補正係数などの内部標定（内部パラメータ）が予め算出されていることが望ましい。なお、カメラの内部標定が行われていない場合には例えば、非特許文献１に挙げられる算出方法によって求めることができる。
（ｂ）第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う（Ｓ０１）。
この外部標定によって、複数のカメラの位置関係を知ることができる。例えば、非特許文献１に挙げられる方法として、被計測物１の周りのあらかじめ知られた対応点を８点以上抽出することによって外部標定を実施することができる。
【００２７】
（ｃ）被計測物１にラインレーザ４からラインレーザを照射する（Ｓ０２）（図２）。ラインレーザを用いることによって、非計測物１が凹凸の大きい形状であっても照射されるラインがぼけることがない。
（ｄ）ラインレーザが照射された被計測物１を第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂでそれぞれ撮影して、第１のカメラ２ａによる第１の画像（図３）と、第２のカメラ２ｂによる第２の画像（図４）とを得る（Ｓ０３）。
（ｅ）第１の画像２０において、ラインレーザが照射された部分を第１線分データ２２として抽出する（Ｓ０４）（図３）。
（ｆ）第２の画像３０において、前記ラインレーザが照射された部分を第２線分データ３２として抽出する（Ｓ０５）（図４）。
【００２８】
（ｇ）第１の画像２０から抽出された第１線分データ２２の中の一つの点を特徴点２４として選択する（Ｓ０６）（図５）。なお、特徴点２４を、第１線分データ２２の全体にわたって順に選択して、特徴点２４を選択するごとに、後の（ｈ）から（ｊ）を繰り返すことによって、第１線分２２の全体について三次元計測を行うことができる。
（ｈ）特徴点２４に対応するエピポーラ線３３を第２の画像上に表示する（Ｓ０７）（図６）。なお、エピポーラ線とは、第１のカメラ２ａのレンズ中心と、第１の画像２０上の特徴点２４に該当する被計測物１上の点とを結ぶ仮想的な線が第２のカメラに投影された線分である。第２の画像３０上でエピポーラ線３３がどのように表示されるかは、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂの内部標定と、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂの外部標定とによって決定できる。第２の画像３０上で表示されるエピポーラ線３３上のどこかに特徴点２４と対応する対応点が存在する。
（ｉ）第２の画像３０から抽出された第２線分データ３２とエピポーラ線３３との交点を第１の画像２０上で選択した特徴点２４と対応する対応点３４として決定する（Ｓ０８）（図６）。
（ｊ）第１の画像２０における特徴点２４と、第２の画像３０における対応点３４とを用いて、特徴点及び対応点に該当する被計測物１上の該当点１４の三次元座標を算出する（Ｓ０９）。
（ｋ）第１画像から抽出された第１線分上の点すべてに対して、上記ステップ（ｇ）〜ステップ（ｊ）を繰り返して、被計測物のラインレーザが照射されたライン部分に対して三次元座標を算出する（Ｓ１０）。
以上の各ステップによって、特徴点及び対応点に該当する被計測物１の該当点１４の三次元座標を得ることができる。
【００２９】
本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法によれば、被計測物１にラインレーザを照射することで、被計測物１が凹凸を有する形状であってもラインはぼけることがない。このため、対応点の抽出精度が高くなり、必然的に三次元計測点の精度も高まる。
【００３０】
また、この被接触三次元計測方法では、ラインレーザが照射された被計測物を２つのカメラ２ａ、２ｂで撮影した２枚の画像のうち一方の画像２０上でラインレーザが照射された部分である第１線分データ２２の一つの点を特徴点２４として選択している。この場合に、もう一つの画像３０上でエピポーラ線３３を表示して、ラインレーザが照射された部分である第２線分データ３２との交点を上記特徴点２４と対応する対応点３４として特定することができる。このように、これまで被計測物１上に照射したパターンとの相関関係で対応点を特定していた場合に比べて曖昧さを含むことなく対応点を明確に決めることができ、三次元計測の精度を向上させることができる。
【００３１】
（変形例）
図９は、実施の形態１の変形例に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。この変形例の非接触三次元計測方法では、図８の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と対比すると、ラインレーザを被計測物の全体にわたって走査する点で相違する。
（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｃ）被計測物１にわたってラインレーザを走査する（Ｓ１１）。ここでは、ラインレーザ４をラインとは角度をなす方向に沿って走査することで、被計測物１の全体にわたって順に走査していくことを表している。
（ｄ）から（ｋ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｌ）被計測物１の全体について走査したか確認する（Ｓ１２）。被計測物１の全体について走査していない場合には、（ｃ）から（ｋ）を繰り返して、被計測物１の全体について三次元計測を行う。
以上の各ステップによって、被計測物１の全体にわたって三次元計測を行うことができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。この変形例の非接触三次元計測方法では、図８の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と対比すると、ラインレーザ４を照射方向の所定の軸について回転させて被計測物１に照射する点で相違する。
（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｃ）ラインレーザを照射方向の所定の軸について回転させて被計測物１に照射する（Ｓ１３）。実施の形態１の変形例では、ラインレーザをラインと角度をなす方向に走査して被計測物１の全体にわたって走査していたが、ラインレーザ４を回転させることによっても被計測物１の全体について照射することができる。
（ｄ）から（ｋ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｌ）ラインレーザを全角度に回転させて照射したか確認する（Ｓ１４）。被計測物１の全体について走査していない場合には、（ｃ）から（ｋ）を繰り返して、被計測物１の全体について三次元計測を行う。
以上の各ステップによって、被計測物１の全体にわたって三次元計測を行うことができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。この変形例の非接触三次元計測方法では、図８の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と対比すると、（ｉ）で第２線分データ３２とエピポーラ線３３との交点が単一ではなく２つ以上の交点が存在する場合に、ラインレーザを特徴点２４に該当する被計測物１上の該当点１４への軸について回転させて照射する点で相違する。
（ａ）から（ｈ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｉ）の前に、第２の画像３０上において、エピポーラ線３３と第２線分３２との交点は単一か、確認する（Ｓ１５）。交点が一つの場合には、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法の（ｉ）から（ｋ）を行って、特徴点及び対応点に該当する被計測物１の該当点１４の三次元座標を得ることができる。
【００３４】
一方、交点が複数の場合、例えば、ラインレーザが照射された部分である第２線分データ３２とエピポーラ線３３とが同一方向に沿って延在するような場合に交点が複数存在する場合が生じる。この場合には、ラインレーザ４を特徴点２４に該当する被計測物１上の該当点１４への軸について回転させて照射する（Ｓ１６）。この場合に、エピポーラ線３３とラインレーザのライン方向とが角度をなすようにラインレーザ４を回転させることが好ましい。より好ましくは、エピポーラ線３３とラインレーザのライン方向とが互いに直交するようにラインレーザ４を回転させることである。また、特徴点２４を保持するように、特徴点２４に該当する被計測物１の該当点１４について回転させる。その後、（ｄ）から（ｈ）を繰り返して、エピポーラ線３３と第２線分３２との交点が単一となるようにすることができる。
【００３５】
これによって、エピポーラ線３３と第２線分データ３２とが平行になる等の原因で対応点３４が一つに特定できない場合でも、ラインレーザ４を回転させて、エピポーラ線３３と第２線分データ３２とが交差する交点として単一の対応点３４が得られ、明確に対応点を特定でき、三次元計測の精度を向上させることができる。
【００３６】
なお、エピポーラ線３３と第２線分データ３２との交点が一つも得られない場合には、第１の画像２０上で選択した特徴点２４に対応する被計測物１上の該当点１４が第２の画像３０上には現れていないことを意味している。この場合には、第１のカメラ２ａからの第１の画像２０で表示される被計測物１の範囲と、第２のカメラ２ｂからの第２の画像３０で表示される被計測物１の範囲とで共通して表示される範囲が少ないか又は存在しないと考えられる。そこで、第１のカメラ２ａと第２のカメラ２ｂとの距離を縮めて第１の画像２０と第２の画像３０で共通する被計測物１の範囲が得られるようにすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法によれば、表面に特徴がない物体を被計測物とする場合であっても、２つの画像上で、一方の画像で選択した特徴点について、もう一方の画像上における対応点を明確に特定できる。そこで、本発明に係る非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法は、表面に特徴がない物体を被計測物とする非接触三次元計測に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 被計測物
２ａ 第１のカメラ
２ｂ 第２のカメラ
４ ラインレーザ
６ 標定部
８ 画像処理部
１０ 非接触三次元計測装置
１２ 照射されたラインレーザ
１４ 該当点
２０ 第１の画像
２２ 第１線分データ
２４ 特徴点
３０ 第２の画像
３２ 第２線分データ
３３ エピポーラ線
３４ 対応点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測物の形状を非接触で計測する非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
被計測物を計測する三次元計測の方法には、パッシブ法（受動型計測法）とアクティブ法（能動型計測法）とがある。パッシブ法としては、対象となる物体に対して、計測の補助となる特定の光や電波等を照射することなく計測を行う方法である。パッシブ法には、例えば写真計測法がある。アクティブ法は、三次元計測を行うために光、電波、音波などを対象となる物体に照射して、得られる情報を利用して計測を行う方法である。アクティブ法には、例えば光切断法がある。
【０００３】
パッシブ法の一つである写真計測は、撮影された２枚以上の画像より外部標定（２台のカメラの位置関係を求めること）を行い、画像間の特徴点に対し、同一場所を対応付けることで三次元点を求めていた（例えば、特許文献１参照。）。このため、写真に写るサイズであれば、被計測物の大きさは自由であり、大きな物から、小さな物まで計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９２４５７６号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】徐剛著，「写真から作る３次元ＣＧ」，近代科学社，２００１年１月 Ｐ．３１〜Ｐ．８６
【非特許文献２】吉澤徹編，「光三次元計測」，新技術コミュニケーションズ，１９９３年３月 Ｐ．２８〜Ｐ．３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
写真測量において、２台のカメラでそれぞれ撮影された２枚の写真内の対応付けは、２枚の写真内に共通して写っており、同一箇所と認定できる特徴点を利用して行われる。そのため、被計測物の表面上に同一箇所と認定できる何らかの特徴点がなければ、２枚の写真内の対応付けは困難であった。たとえば、プラスチック成型品の表面は滑らかで特徴がないため、写真測量による特徴点の対応付けを利用する三次元計測はできなかった。
【０００７】
上述のように、パッシブ法である写真計測では、滑らかな表面等の何ら特徴のない形状は計測することは困難であった。また、アクティブ法である光切断法は、被計測物のサイズが装置によって限定されてしまうという欠点を持っている
【０００８】
本発明の目的は、表面に何ら特徴のない物体についても高速に非接触で三次元形状計測を可能にする非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る非接触三次元計測装置は、互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラと、
前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザと、
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラについて、互いの距離を計測するための外部標定を行う標定部と、
前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラで撮影した第１の画像と、前記第２のカメラで撮影した第２の画像とを画像処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記第１の画像上の前記ラインレーザが照射された第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択し、
前記第１の画像上で選択した前記特徴点に対応するエピポーラ線を前記第２の画像上に表示して、
前記第２の画像上において、前記ラインレーザが照射された第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定し、
前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する。
【００１０】
また、前記ラインレーザは、前記被計測物の全体にわたってラインレーザを走査できるものであってもよい。
【００１１】
さらに、前記ラインレーザは、照射方向の所定の軸について回転してラインレーザを前記被照射できるものであってもよい。
【００１２】
本発明に係る非接触三次元計測方法は、
（ａ）互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラについて、互いの距離を計測するための外部標定を行う外部標定ステップと、
（ｂ）前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザ照射ステップと、
（ｃ）前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラ及び前記第２のカメラでそれぞれ撮影して、前記第１のカメラによる第１の画像と、前記第２のカメラによる第２の画像とを得る画像撮影ステップと、
（ｄ）前記第１の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第１線分データとして抽出する第１線分データ抽出ステップと、
（ｅ）前記第２の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第２線分データとして抽出する第２線分データ抽出ステップと、
（ｆ）前記第１の画像から抽出された前記第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択する特徴点選択ステップと、
（ｇ）前記第１のカメラのレンズ中心から前記特徴点を通って延びるエピポーラ線を前記第２の画像上に表示するエピポーラ線表示ステップと、
（ｈ）前記第２の画像から抽出された前記第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定する対応点決定ステップと、
（ｉ）前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する三次元座標算出ステップと、
を含む。
【００１３】
さらに、（ｊ）前記第１画像から抽出された前記第１線分上の点すべてに対して、前記ステップ（ｆ）〜前記ステップ（ｉ）を繰り返して、前記ラインレーザに照射されたライン部分に対して三次元座標を算出する三次元座標算出ステップを含んでもよい。
【００１４】
また、前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを前記被計測物にわたって走査するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返して、前記被計測物の全体を走査してもよい。
【００１５】
さらに、前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを照射方向の所定の軸について回転させて前記被計測物に照射するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを回転させて前記被計測物に照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返してもよい。
【００１６】
またさらに、前記対応点決定ステップ（ｉ）において、前記エピポーラ線と前記第２線分データとの交点が２つ以上存在する場合、前記ラインレーザを前記第１の画像上の前記特徴点に該当する前記被計測物上の該当点への照射方向の軸について回転させて照射して、前記第２の画像上で前記エピポーラ線と前記第２線分データとの単一の交点を前記特徴点と対応する対応点として決定してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法によれば、被計測物にラインレーザを照射することで、被計測物が凹凸を有する形状であってもラインがぼけることがない。
【００１８】
また、この非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法では、ラインレーザが照射された被計測物を２つのカメラで撮影した２枚の画像のうち一方の画像上でラインレーザが照射された部分である第１線分データの一つの点を特徴点として選択している。この場合に、もう一つの画像上でエピポーラ線を表示して、ラインレーザが照射された部分である第２線分データとの交点を上記特徴点と対応する対応点として特定することができる。これまで被計測物上に照射したパターンとの相関関係で対応点を特定していた場合に比べて曖昧さを含むことなく対応点を明確に決めることができ、三次元計測の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測装置の構成を示すブロック図である。
【図２】被計測物と２つのカメラとの配置を示す概略図である。
【図３】第１のカメラによって撮影された第１の画像を示す概略図である。
【図４】第２のカメラによって撮影された第２の画像を示す概略図である。
【図５】図３の第１の画像について、第１線分データ中の一つの点を特徴点として選択する場合の概略図である。
【図６】図４の第２の画像において、第１の画像上の特徴点に該当するエピポーラ線が表示された第２の画像を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法の特徴を説明するための概念図である。
【図９】本発明の実施の形態１の変形例に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る非接触三次元計測装置及び計測方法について、添付図面を用いて以下に説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る非接触三次元計測装置１０の構成を示す概略図である。
この非接触三次元計測装置１０は、距離を置いて設置された２台のカメラ２ａ、２ｂと、被計測物１にラインレーザを照射するラインレーザ４と、２台のカメラ２ａ、２ｂの位置関係を含む外部標定を行う標定部６と、ラインレーザが照射された被計測物１を第１のカメラ２ａで撮影した第１の画像２０と、第２のカメラ２ｂで撮影した第２の画像３０とを画像処理する画像処理部８と、を含む。それぞれのカメラ２ａ、２ｂは、レンズ中心や焦点距離、歪補正係数などの内部標定（内部パラメータ）が予め算出されていることが望ましい。さらに、撮影された画像は、内部評定データを利用して歪補正された画像が望ましいが、必須ではない。また、ラインレーザ４は、被計測物１の表面全体にわたって走査できる。また、標定部６は、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う。画像処理部８は、第１の画像２０上のラインレーザが照射された第１線分データ２２の中の一つの点を特徴点２４として選択し、その特徴点２４に該当するエピポーラ線３３を第２の画像３０上に表示して、第２の画像３０上において、ラインレーザが照射された第２線分データ３２とエピポーラ線３３との交点を、第１の画像２０上で選択した特徴点２４と対応する対応点３４として決定し、第１の画像２０における特徴点２４と、第２の画像３０における対応点３４とを用いて、特徴点及び対応点に該当する被計測物１上の該当点１４の三次元座標を算出する。
【００２２】
図８は、実施の形態１に係る非接触三次元計測装置１０の特徴を説明する概念図である。なお、図８は、図２の非接触三次元計測装置１０の構成のうち、写真測量に関係する位置関係を詳細に示したものである。
＜２つのカメラ及び画像について＞
２つのカメラ（第１のカメラ２ａ、第２のカメラ２ｂ）のそれぞれのレンズ中心を点Ａ及び点Ｂとして表している。
第１のカメラ２ａによる第１の画像２０において、被計測物１に照射されたラインレーザの部分である第１線分データ２２と、選択された一つの特徴点２４を示している。第１のカメラ２ａのレンズ中心、焦点距離、歪補正係数等は内部標定によって得られる。
また、第２のカメラによる第２の画像３０において、被計測物１に照射されたラインレーザの部分である第２線分データ３２と、第１線分データから選択された特徴点２４に対応するエピポーラ線３３と、両者の交点である対応点３４と、を示している。第２のカメラ２ｂのレンズ中心、焦点距離、歪補正係数等は内部標定によって得られる。
＜被計測物について＞
また、被計測物１に照射されたラインレーザの部分１２と、特徴点２４及び対応点３４とに該当する被計測物１上の該当点１４を示している。この該当点１４は点Ｃとしても示している。
【００２３】
＜写真測量について＞
ａ）第１のカメラ２ａのレンズ中心Ａと、第２のカメラ２ｂのレンズ中心Ｂとの間の位置関係及び、各カメラの方向は外部標定によって求められる。
ｂ）また、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂのレンズ中心、焦点距離、歪補正係数等は内部標定を利用することによって求められる。
ｃ）次に、被計測物１上の該当点１４の点Ｃは、第１のカメラ２ａのレンズ中心Ａから第１の画像２０上の特徴点２４に向かって延長したライン上に存在すると共に、第２のカメラ２ｂのレンズ中心Ｂから第２の画像３０上の対応点３４に向かって延長したライン上に存在する。そのため、写真測量の原理によって、これらの交点として点Ｃが得られる。
以上によって、被計測物１上の該当点１４（Ｃ）を三次元計測することができる。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測装置１０によれば、被計測物１にラインレーザを照射することで、被計測物１が凹凸を有する形状であってもラインがぼけることがない。このため、対応点の抽出精度が高くなり、必然的に三次元計測点の精度も高まる。
【００２５】
また、この非接触三次元計測装置１０では、ラインレーザが照射された被計測物を２つのカメラ２ａ、２ｂで撮影した２枚の画像のうち一方の画像２０上でラインレーザが照射された部分である第１線分データ２２の一つの点を特徴点２４として選択している。この場合に、もう一つの画像３０上でエピポーラ線３３を表示して、ラインレーザが照射された部分である第２線分データ３２との交点を上記特徴点２４と対応する対応点３４として特定することができる。これまで被計測物１上に照射したパターンとの相関関係で対応点を特定していた場合に比べて曖昧さを含むことなく対応点を明確に決めることができ、三次元計測の精度を向上させることができる。
【００２６】
図７は、本発明の非接触三次元計測方法のフローチャートである。この非接触三次元計測方法は、以下のようにして実行される。
（ａ）被計測物１が写る範囲に、被計測物１を撮影する２台のカメラ（第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂ）を、互いに距離をおいて配置する（図１）。それぞれのカメラ２ａ、２ｂは、レンズ中心、焦点距離、歪補正係数などの内部標定（内部パラメータ）が予め算出されていることが望ましい。なお、カメラの内部標定が行われていない場合には例えば、非特許文献１に挙げられる算出方法によって求めることができる。
（ｂ）第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う（Ｓ０１）。
この外部標定によって、複数のカメラの位置関係を知ることができる。例えば、非特許文献１に挙げられる方法として、被計測物１の周りのあらかじめ知られた対応点を８点以上抽出することによって外部標定を実施することができる。
【００２７】
（ｃ）被計測物１にラインレーザ４からラインレーザを照射する（Ｓ０２）（図２）。ラインレーザを用いることによって、非計測物１が凹凸の大きい形状であっても照射されるラインがぼけることがない。
（ｄ）ラインレーザが照射された被計測物１を第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂでそれぞれ撮影して、第１のカメラ２ａによる第１の画像（図３）と、第２のカメラ２ｂによる第２の画像（図４）とを得る（Ｓ０３）。
（ｅ）第１の画像２０において、ラインレーザが照射された部分を第１線分データ２２として抽出する（Ｓ０４）（図３）。
（ｆ）第２の画像３０において、前記ラインレーザが照射された部分を第２線分データ３２として抽出する（Ｓ０５）（図４）。
【００２８】
（ｇ）第１の画像２０から抽出された第１線分データ２２の中の一つの点を特徴点２４として選択する（Ｓ０６）（図５）。なお、特徴点２４を、第１線分データ２２の全体にわたって順に選択して、特徴点２４を選択するごとに、後の（ｈ）から（ｊ）を繰り返すことによって、第１線分２２の全体について三次元計測を行うことができる。
（ｈ）特徴点２４に対応するエピポーラ線３３を第２の画像上に表示する（Ｓ０７）（図６）。なお、エピポーラ線とは、第１のカメラ２ａのレンズ中心と、第１の画像２０上の特徴点２４に該当する被計測物１上の点とを結ぶ仮想的な線が第２のカメラに投影された線分である。第２の画像３０上でエピポーラ線３３がどのように表示されるかは、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂの内部標定と、第１のカメラ２ａ及び第２のカメラ２ｂの外部標定とによって決定できる。第２の画像３０上で表示されるエピポーラ線３３上のどこかに特徴点２４と対応する対応点が存在する。
（ｉ）第２の画像３０から抽出された第２線分データ３２とエピポーラ線３３との交点を第１の画像２０上で選択した特徴点２４と対応する対応点３４として決定する（Ｓ０８）（図６）。
（ｊ）第１の画像２０における特徴点２４と、第２の画像３０における対応点３４とを用いて、特徴点及び対応点に該当する被計測物１上の該当点１４の三次元座標を算出する（Ｓ０９）。
（ｋ）第１画像から抽出された第１線分上の点すべてに対して、上記ステップ（ｇ）〜ステップ（ｊ）を繰り返して、被計測物のラインレーザが照射されたライン部分に対して三次元座標を算出する（Ｓ１０）。
以上の各ステップによって、特徴点及び対応点に該当する被計測物１の該当点１４の三次元座標を得ることができる。
【００２９】
本発明の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法によれば、被計測物１にラインレーザを照射することで、被計測物１が凹凸を有する形状であってもラインはぼけることがない。このため、対応点の抽出精度が高くなり、必然的に三次元計測点の精度も高まる。
【００３０】
また、この被接触三次元計測方法では、ラインレーザが照射された被計測物を２つのカメラ２ａ、２ｂで撮影した２枚の画像のうち一方の画像２０上でラインレーザが照射された部分である第１線分データ２２の一つの点を特徴点２４として選択している。この場合に、もう一つの画像３０上でエピポーラ線３３を表示して、ラインレーザが照射された部分である第２線分データ３２との交点を上記特徴点２４と対応する対応点３４として特定することができる。このように、これまで被計測物１上に照射したパターンとの相関関係で対応点を特定していた場合に比べて曖昧さを含むことなく対応点を明確に決めることができ、三次元計測の精度を向上させることができる。
【００３１】
（変形例）
図９は、実施の形態１の変形例に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。この変形例の非接触三次元計測方法では、図８の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と対比すると、ラインレーザを被計測物の全体にわたって走査する点で相違する。
（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｃ）被計測物１にわたってラインレーザを走査する（Ｓ１１）。ここでは、ラインレーザ４をラインとは角度をなす方向に沿って走査することで、被計測物１の全体にわたって順に走査していくことを表している。
（ｄ）から（ｋ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｌ）被計測物１の全体について走査したか確認する（Ｓ１２）。被計測物１の全体について走査していない場合には、（ｃ）から（ｋ）を繰り返して、被計測物１の全体について三次元計測を行う。
以上の各ステップによって、被計測物１の全体にわたって三次元計測を行うことができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図１０は、実施の形態２に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。この変形例の非接触三次元計測方法では、図８の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と対比すると、ラインレーザ４を照射方向の所定の軸について回転させて被計測物１に照射する点で相違する。
（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｃ）ラインレーザを照射方向の所定の軸について回転させて被計測物１に照射する（Ｓ１３）。実施の形態１の変形例では、ラインレーザをラインと角度をなす方向に走査して被計測物１の全体にわたって走査していたが、ラインレーザ４を回転させることによっても被計測物１の全体について照射することができる。
（ｄ）から（ｋ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｌ）ラインレーザを全角度に回転させて照射したか確認する（Ｓ１４）。被計測物１の全体について走査していない場合には、（ｃ）から（ｋ）を繰り返して、被計測物１の全体について三次元計測を行う。
以上の各ステップによって、被計測物１の全体にわたって三次元計測を行うことができる。
【００３３】
（実施の形態３）
図１１は、実施の形態３に係る非接触三次元計測方法のフローチャートである。この変形例の非接触三次元計測方法では、図８の実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と対比すると、（ｉ）で第２線分データ３２とエピポーラ線３３との交点が単一ではなく２つ以上の交点が存在する場合に、ラインレーザを特徴点２４に該当する被計測物１上の該当点１４への軸について回転させて照射する点で相違する。
（ａ）から（ｈ）は、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法と同じであるので説明を省略する。
（ｉ）の前に、第２の画像３０上において、エピポーラ線３３と第２線分３２との交点は単一か、確認する（Ｓ１５）。交点が一つの場合には、実施の形態１に係る非接触三次元計測方法の（ｉ）から（ｋ）を行って、特徴点及び対応点に該当する被計測物１の該当点１４の三次元座標を得ることができる。
【００３４】
一方、交点が複数の場合、例えば、ラインレーザが照射された部分である第２線分データ３２とエピポーラ線３３とが同一方向に沿って延在するような場合に交点が複数存在する場合が生じる。この場合には、ラインレーザ４を特徴点２４に該当する被計測物１上の該当点１４への軸について回転させて照射する（Ｓ１６）。この場合に、エピポーラ線３３とラインレーザのライン方向とが角度をなすようにラインレーザ４を回転させることが好ましい。より好ましくは、エピポーラ線３３とラインレーザのライン方向とが互いに直交するようにラインレーザ４を回転させることである。また、特徴点２４を保持するように、特徴点２４に該当する被計測物１の該当点１４について回転させる。その後、（ｄ）から（ｈ）を繰り返して、エピポーラ線３３と第２線分３２との交点が単一となるようにすることができる。
【００３５】
これによって、エピポーラ線３３と第２線分データ３２とが平行になる等の原因で対応点３４が一つに特定できない場合でも、ラインレーザ４を回転させて、エピポーラ線３３と第２線分データ３２とが交差する交点として単一の対応点３４が得られ、明確に対応点を特定でき、三次元計測の精度を向上させることができる。
【００３６】
なお、エピポーラ線３３と第２線分データ３２との交点が一つも得られない場合には、第１の画像２０上で選択した特徴点２４に対応する被計測物１上の該当点１４が第２の画像３０上には現れていないことを意味している。この場合には、第１のカメラ２ａからの第１の画像２０で表示される被計測物１の範囲と、第２のカメラ２ｂからの第２の画像３０で表示される被計測物１の範囲とで共通して表示される範囲が少ないか又は存在しないと考えられる。そこで、第１のカメラ２ａと第２のカメラ２ｂとの距離を縮めて第１の画像２０と第２の画像３０で共通する被計測物１の範囲が得られるようにすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法によれば、表面に特徴がない物体を被計測物とする場合であっても、２つの画像上で、一方の画像で選択した特徴点について、もう一方の画像上における対応点を明確に特定できる。そこで、本発明に係る非接触三次元計測装置及び非接触三次元計測方法は、表面に特徴がない物体を被計測物とする非接触三次元計測に有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 被計測物
２ａ 第１のカメラ
２ｂ 第２のカメラ
４ ラインレーザ
６ 標定部
８ 画像処理部
１０ 非接触三次元計測装置
１２ 照射されたラインレーザ
１４ 該当点
２０ 第１の画像
２２ 第１線分データ
２４ 特徴点
３０ 第２の画像
３２ 第２線分データ
３３ エピポーラ線
３４ 対応点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラと、
前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザと、
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う標定部と、
前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラで撮影した第１の画像と、前記第２のカメラで撮影した第２の画像とを画像処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記第１の画像上の前記ラインレーザが照射された第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択し、
前記第１の画像上で選択した前記特徴点に対応するエピポーラ線を前記第２の画像上に表示して、
前記第２の画像上において、前記ラインレーザが照射された第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定し、
前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する、
非接触三次元計測装置。
【請求項２】
前記ラインレーザは、前記被計測物の全体にわたってラインレーザを走査できる、請求項１に記載の非接触三次元計測装置。
【請求項３】
前記ラインレーザは、照射方向の所定の軸について回転してラインレーザを前記被照射できる、請求項１に記載の非接触三次元計測装置。
【請求項４】
（ａ）互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う外部標定ステップと、
（ｂ）前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザ照射ステップと、
（ｃ）前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラ及び前記第２のカメラでそれぞれ撮影して、前記第１のカメラによる第１の画像と、前記第２のカメラによる第２の画像とを得る画像撮影ステップと、
（ｄ）前記第１の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第１線分データとして抽出する第１線分データ抽出ステップと、
（ｅ）前記第２の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第２線分データとして抽出する第２線分データ抽出ステップと、
（ｆ）前記第１の画像から抽出された前記第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択する特徴点選択ステップと、
（ｇ）前記第１の第１の画像上で選択した前記特徴点に対応するエピポーラ線を前記第２の画像上に表示するエピポーラ線表示ステップと、
（ｈ）前記第２の画像から抽出された前記第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定する対応点決定ステップと、
（ｉ）前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する三次元座標算出ステップと、
を含む、非接触三次元計測方法。
【請求項５】
さらに、
（ｊ）前記第１画像から抽出された前記第１線分上の点すべてに対して、前記ステップ（ｆ）〜前記ステップ（ｉ）を繰り返して、前記被計測物の前記ラインレーザが照射されたライン部分に対して三次元座標を算出する三次元座標算出ステップ
を含む、請求項４に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項６】
前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを前記被計測物にわたって走査するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返して、前記被計測物の全体を走査する、請求項５に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項７】
前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを照射方向の所定の軸について回転させて前記被計測物に照射するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを回転させて前記被計測物に照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返す、請求項５に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項８】
前記対応点決定ステップ（ｈ）において、前記エピポーラ線と前記第２線分データとの交点が２つ以上存在する場合、前記ラインレーザを前記第１の画像上の前記特徴点に該当する前記被計測物上の該当点への照射方向の軸について回転させて照射して、前記第２の画像上で前記エピポーラ線と前記第２線分データとの単一の交点を前記特徴点と対応する対応点として決定する、請求項４に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項１】
互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラと、
前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザと、
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う標定部と、
前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラで撮影した第１の画像と、前記第２のカメラで撮影した第２の画像とを画像処理する画像処理部と、
を備え、
前記画像処理部は、
前記第１の画像上の前記ラインレーザが照射された第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択し、
前記第１の画像上で選択した前記特徴点に対応するエピポーラ線を前記第２の画像上に表示して、
前記第２の画像上において、前記ラインレーザが照射された第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定し、
前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する、
非接触三次元計測装置。
【請求項２】
前記ラインレーザは、前記被計測物の全体にわたってラインレーザを走査できる、請求項１に記載の非接触三次元計測装置。
【請求項３】
前記ラインレーザは、照射方向の所定の軸について回転してラインレーザを前記被照射できる、請求項１に記載の非接触三次元計測装置。
【請求項４】
（ａ）互いに距離をおいて配置され、被計測物を撮影する第１のカメラ及び第２のカメラについて、互いの位置関係に関する外部標定を行う外部標定ステップと、
（ｂ）前記被計測物にラインレーザを照射するラインレーザ照射ステップと、
（ｃ）前記ラインレーザが照射された被計測物を前記第１のカメラ及び前記第２のカメラでそれぞれ撮影して、前記第１のカメラによる第１の画像と、前記第２のカメラによる第２の画像とを得る画像撮影ステップと、
（ｄ）前記第１の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第１線分データとして抽出する第１線分データ抽出ステップと、
（ｅ）前記第２の画像において、前記ラインレーザが照射された部分を第２線分データとして抽出する第２線分データ抽出ステップと、
（ｆ）前記第１の画像から抽出された前記第１線分データの中の一つの点を特徴点として選択する特徴点選択ステップと、
（ｇ）前記第１の第１の画像上で選択した前記特徴点に対応するエピポーラ線を前記第２の画像上に表示するエピポーラ線表示ステップと、
（ｈ）前記第２の画像から抽出された前記第２線分データと前記エピポーラ線との交点を、前記第１の画像上で選択した前記特徴点と対応する対応点として決定する対応点決定ステップと、
（ｉ）前記第１の画像における前記特徴点と、前記第２の画像における前記対応点とを用いて、前記特徴点及び前記対応点に該当する前記被計測物上の該当点の三次元座標を算出する三次元座標算出ステップと、
を含む、非接触三次元計測方法。
【請求項５】
さらに、
（ｊ）前記第１画像から抽出された前記第１線分上の点すべてに対して、前記ステップ（ｆ）〜前記ステップ（ｉ）を繰り返して、前記被計測物の前記ラインレーザが照射されたライン部分に対して三次元座標を算出する三次元座標算出ステップ
を含む、請求項４に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項６】
前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを前記被計測物にわたって走査するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返して、前記被計測物の全体を走査する、請求項５に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項７】
前記ラインレーザ照射ステップ（ｂ）において、前記ラインレーザを照射方向の所定の軸について回転させて前記被計測物に照射するラインレーザ走査ステップをさらに含み、前記ラインレーザを回転させて前記被計測物に照射するごとに、前記ステップ（ｃ）〜前記ステップ（ｊ）を繰り返す、請求項５に記載の非接触三次元計測方法。
【請求項８】
前記対応点決定ステップ（ｈ）において、前記エピポーラ線と前記第２線分データとの交点が２つ以上存在する場合、前記ラインレーザを前記第１の画像上の前記特徴点に該当する前記被計測物上の該当点への照射方向の軸について回転させて照射して、前記第２の画像上で前記エピポーラ線と前記第２線分データとの単一の交点を前記特徴点と対応する対応点として決定する、請求項４に記載の非接触三次元計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１５８３８６（Ｐ２０１１−１５８３８６Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３１８（Ｐ２０１０−２１３１８）
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２日（２０１０．２．２）
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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